Информатика и информационные технологии

Количество сдвигаемых разрядов – счетчик_сдвигов – располагается на месте второго операнда и может задаваться двумя способами:

1) статически, что предполагает задание фиксированного значения с помощью непосредственного операнда;

2) динамически, что означает занесение значения счетчика сдвигов в регистр cl перед выполнением команды сдвига.

Исходя из размерности регистра cl понятно, что значение счетчика сдвигов может лежать в диапазоне от 0 до 255. Но на самом деле это не совсем так. В целях оптимизации микропроцессор воспринимает только значение пяти младших битов счетчика, т. е. значение лежит в диапазоне от 0 до 31.

Все команды сдвига устанавливают  флаг переноса cf.

По мере сдвига битов за пределы  операнда они сначала попадают на флаг переноса, устанавливая его равным значению очередного бита, оказавшегося за пределами операнда. Куда этот бит  попадет дальше, зависит от типа команды сдвига и алгоритма программы.

По принципу действия команды сдвига можно разделить на два типа:

1) команды линейного сдвига;

2) команды циклического сдвига.

Команды линейного  сдвига

К командам этого типа относятся  команды, осуществляющие сдвиг по следующему алгоритму:

1) очередной «выдвигаемый» бит устанавливает флаг CF;

2) бит, вводимый в операнд с другого конца, имеет значение 0;

3) при сдвиге очередного бита он переходит во флаг CF, при этом значение предыдущего сдвинутого бита теряется! Команды линейного сдвига делятся на два подтипа:

1) команды логического линейного сдвига;

2) команды арифметического линейного сдвига.

К командам логического линейного  сдвига относятся следующие:

1) shl операнд, счетчик_сдвигов (Shift Logical Left) – логический сдвиг влево. Содержимое операнда сдвигается влево на количество битов, определяемое значением счетчик_сдвигов. Справа (в позицию младшего бита) вписываются нули;

2) shr операнд, счетчик_сдвигов (Shift Logical Right) – логический сдвиг вправо. Содержимое операнда сдвигается вправо на количество битов, определяемое значением счетчик_сдвигов. Слева (в позицию старшего, знакового бита) вписываются нули.

На рисунке 30 показан принцип  работы этих команд.

Рис. 30. Схема работы команд линейного логического сдвига

 

Команды арифметического линейного  сдвига отличаются от команд логического  сдвига тем, что они особым образом  работаются со знаковым разрядом операнда.

1) sal операнд, счетчик_сдвигов (Shift Arithmetic Left) – арифметический сдвиг влево. Содержимое операнда сдвигается влево на количество битов, определяемое значением счетчик_сдвигов. Справа (в позицию младшего бита) вписываются нули. Команда sal не сохраняет знака, но устанавливает флаг с/в случае смены знака очередным выдвигаемым битом. В остальном команда sal полностью аналогична команде shl;

2) sar операнд, счетчик_сдвигов (Shift Arithmetic Right) – арифметический сдвиг вправо. Содержимое операнда сдвигается вправо на количество битов, определяемое значением счетчик_сдвигов. Слева в операнд вписываются нули. Команда sar сохраняет знак, восстанавливая его после сдвига каждого очередного бита.

На рисунке 31 показан принцип  работы команд линейного арифметического  сдвига.

Рис. 31. Схема работы команд линейного арифметического сдвига

Команды циклического сдвига

К командам циклического сдвига относятся  команды, сохраняющие значения сдвигаемых бит. Есть два типа команд циклического сдвига:

1) команды простого циклического сдвига;

2) команды циклического сдвига через флаг переноса cf.

К командам простого циклического сдвига относятся:

1) rol операнд, счетчик_сдвигов (Rotate Left) – циклический сдвиг влево. Содержимое операнда сдвигается влево на количество бит, определяемое операндом счетчик_сдвигов. Сдвигаемые влево биты записываются в тот же операнд справа;

2) гог операнд, счетчик_сдвигов (Rotate Right) – циклический сдвиг вправо. Содержимое операнда сдвигается вправо на количество бит, определяемое операндом счетчик_сдвигов. Сдвигаемые вправо биты записываются в тот же операнд слева.

Рис. 32. Схема работы команд простого циклического сдвига

 

Как видно из рисунка 32, команды простого циклического сдвига в процессе своей работы осуществляют одно полезное действие, а именно: циклически сдвигаемый бит не только вдвигается в операнд с другого конца, но и одновременно его значение становится значением флага СЕ

Команды циклического сдвига через флаг переноса CF отли чаются от команд простого циклического сдвига тем, что сдвигаемый бит не сразу попадает в операнд с другого его конца, а записывается сначала в флаг переноса СЕ Лишь следующее исполнение данной команды сдвига (при условии, что она выполняется в цикле) приводит к помещению выдвинутого ранее бита с другого конца операнда (рис. 33).

К командам циклического сдвига через флаг переноса соотносятся следующие:

1) rcl операнд, счетчик_сдвигов (Rotate through Carry Left) – циклический сдвиг влево через перенос.

Содержимое операнда сдвигается влево  на количество бит, определяемое операндом счетчик_сдвигов. Сдвигаемые биты поочередно становятся значением флага переноса cf.

2) гсг операнд, счетчик_сдвигов (Rotate through Carry Right) – циклический сдвиг вправо через перенос.

Содержимое операнда сдвигается вправо на количество бит, определяемое операндом счетчик_сдвигов. Сдвигаемые биты поочередно становятся значением флага переноса СF.

Рис. 33. Команды циклического сдвига через флаг переноса CF

 

Из рисунка 33 видно, что при сдвиге через флаг переноса появляется промежуточный  элемент, с помощью которого, в  частности, можно производить подмену  циклически сдвигаемых битов, в частности, рассогласование битовых последовательностей.

Под рассогласованием битовой последовательности здесь и далее подразумевается  действие, которое позволяет некоторым  образом локализовать и извлечь  нужные участки этой последовательности и записать их в другое место.

Дополнительные  команды сдвига

Система команд последних моделей  микропроцессоров Intel, начиная с i80386, содержит дополнительные команды сдвига, расширяющие возможности, рассмотренные  нами ранее. Это – команды сдвигов двойной точности: 1) shld операнд_1, операнд_2, счетчик_сдвигов – сдвиг влево двойной точности. Команда shld производит замену путем сдвига битов операнда операнд_1 влево, заполняя его биты справа значениями битов, вытесняемых из операнд_2 согласно схеме на рис. 34. Количество сдвигаемых бит определяется значением счетчик_сдвигов, которое может лежать в диапазоне 0… 31. Это значение может задаваться непосредственным операндом или содержаться в регистре cl. Значение операнд_2 не изменяется.

Рис. 34. Схема работы команды shld

 

2) shrd операнд_1, операнд_2, счетчик_сдвигов – сдвиг вправо двойной точности. Команда производит замену путем сдвига битов операнда операнд_1 вправо, заполняя его биты слева значениями битов, вытесняемых из операнд_2 согласно схеме на рисунке 35. Количество сдвигаемых бит определяется значением счетчик_сдвигов, которое может лежать в диапазоне 0… 31. Это значение может задаваться непосредственным операндом или содержаться в регистре cl. Значение операнд_2 не изменяется.

Рис. 35. Схема работы команды shrd

 

Как мы отметили, команды shld и shrd осуществляют сдвиги до 32 разрядов, но за счет особенностей задания операндов и алгоритма работы эти команды можно использовать для работы с полями длиной до 64 бит.

2. Команды передачи управления

Мы познакомились с некоторыми командами, из которых формируются линейные участки программы. Каждая из них в общем случае выполняет некоторые действия по преобразованию или пересылке данных, после чего микропроцессор передает управление следующей команде. Но очень мало программ работает таким последовательным образом. Обычно в программе есть точки, в которых нужно принять решение о том, какая команда будет выполняться следующей. Это решение может быть:

1) безусловным – в данной точке необходимо передать управление не той команде, которая идет следующей, а другой, которая находится на некотором удалении от текущей команды;

2) условным – решение о том, какая команда будет выполняться следующей, принимается на основе анализа некоторых условий или данных.

Программа представляет собой последовательность команд и данных, занимающих определенное пространство оперативной памяти. Это пространство памяти может быть либо непрерывным, либо состоять из нескольких фрагментов.

То, какая команда программы  должна выполняться следующей, микропроцессор узнает по содержимому пары регистров cs:(e)ip:

1) cs – сегментный регистр кода, в котором находится физический (базовый) адрес текущего сегмента кода;

2) eip/ip – регистр указателя команды, в котором находится значение, представляющее собой смещение в памяти следующей команды, подлежащей выполнению, относительно начала текущего сегмента кода.

Какой конкретно регистр будет  использоваться, зависит от установленного режима адресации use16 или use32. Если указано use 16, то используется ip, если use32, то используется eip.

Таким образом, команды передачи управления изменяют содержимое регистров cs и eip/ip, в результате чего микропроцессор выбирает для выполнения не следующую по порядку команду программы, а команду в некотором другом участке программы. Конвейер внутри микропроцессора при этом сбрасывается.

По принципу действия команды микропроцессора, обеспечивающие организацию переходов в программе, можно разделить на 3 группы:

1. Команды безусловной передачи управления:

1) команда безусловного перехода;

2) команда вызова процедуры и возврата из процедуры;

3) команда вызова программных прерываний и возврата из программных прерываний.

2. Команды условной передачи управления:

1) команды перехода по результату команды сравнения стр;

2) команды перехода по состоянию определенного флага;

3) команды перехода по содержимому регистра есх/сх.

3. Команды управления циклом:

1) команда организации цикла со счетчиком есх/сх;

2) команда организации цикла со счетчиком есх/сх с возможностью досрочного выхода из цикла по дополнительному условию.

Безусловные переходы

Предыдущее обсуждение выявило некоторые детали механизма перехода. Команды перехода модифицируют регистр указателя команды eip/ip и, возможно, сегментный регистр кода cs. Что именно должно подвергнуться модификации, зависит:

1) от типа операнда в команде безусловного перехода (ближний или дальний);

2) от указания перед адресом перехода (в команде перехода) модификатора; при этом сам адрес перехода может находиться либо непосредственно в команде (прямой переход), либо в регистре или ячейке памяти (косвенный переход).

Модификатор может принимать следующие значения:

1) near ptr – прямой переход на метку внутри текущего сегмента кода. Модифицируется только регистр eip/ip (в зависимости от заданного типа сегмента кода use16 или use32) на основе указанного в команде адреса (метки) или выражения, использующего символ извлечения значения – $;

2) far ptr – прямой переход на метку в другом сегменте кода. Адрес перехода задается в виде непосредственного операнда или адреса (метки) и состоит из 16-битного селектора и 16/32-битного смещения, которые загружаются, соответственно, в регистры cs и ip/eip;

3) word ptr – косвенный переход на метку внутри текущего сегмента кода. Модифицируется (значением смещения из памяти по указанному в команде адресу, или из регистра) только eip/ip. Размер смещения 16 или 32 бит;

4) dword ptr – косвенный переход на метку в другом сегменте кода. Модифицируются (значением из памяти – и только из памяти, из регистра нельзя) оба регистра – cs и eip/ip. Первое слово/двойное слово этого адреса представляет смещение и загружается в ip/eip; второе/третье слово загружается в cs. Команда безусловного перехода jmp

Синтаксис команды безусловного перехода – jmp [модификатор] адрес_перехода –  безусловный переход без сохранения информации о точке возврата.

Адрес_перехода представляет собой адрес в виде метки либо адрес области памяти, в которой находится указатель перехода.

Всего в системе команд микропроцессора  есть несколько кодов машинных команд безусловного перехода jmp.

Их различия определяются дальностью перехода и способом задания целевого адреса. Дальность перехода определяется местоположением операнда адрес_перехода. Этот адрес может находиться в текущем сегменте кода или в некотором другом сегменте. В первом случае переход называется внутрисегментным, или близким, во втором – межсегментным, или дальним. Внутрисегментный переход предполагает, что изменяется только содержимое регистра eip/ip.